畢業(yè)論文
接線端子板沖孔、落料、壓彎復合模設計
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摘 要
摘 要：闡述了沖孔、落料、壓彎復合模的結構設計及工作原理。通過工藝分析，在沖壓材料厚度較薄的小型彎曲件時，采用沖孔、落料、彎曲復合模比采用連續(xù)或級進模簡單。通過沖裁力、頂件力、卸料力等計算，確定模具類型。該模具采用后側導柱模架結構形式。廢料從凸凹模和下底座中所開的槽中排出。本模具性能可靠，運行平穩(wěn)，能夠適應大批量生產要求，提高了產品質量和生產效率，降低勞動強度和生產成本。
關鍵字：沖壓；沖孔、落料、彎曲；復合模
ABSTRACT
Abstract: Expounded punching, blanking, bending modulus of the composite structure design and principle. Process analysis by the stamping of thinner material thickness small curved pieces, will use the punching, blanking, flexural modulus composites than continuous or Progressive Die simple. Punching through, the top pieces, such as the discharge of calculation to determine the type mold. The posterior mold using derivative-scale structures form. Waste from the punch and die and the base under which opened the tank discharges. The mold reliable, stable operation to adapt to the requirements of large-scale production, improve product quality and production efficiency. reduce labor intensity and the cost of production.
Keywords: Ramming; The punch holes, Fall the material curving; Superposable die
目 錄
第一章 緒 論 1
1.1、冷沖壓與模具設計簡介 1
1.2、我國沖壓模具水平狀況 1
1.3、沖壓模具的發(fā)展重點與展望 4
1.4、本次設計的意義 6
第二章 沖壓件工藝性分析及沖裁方案的確定 7
2.1沖裁件的結構工藝性 7
2.2沖裁件尺寸精度和表面粗糙度要求 9
2.3沖裁件的尺寸基準 9
2.4 沖裁件經濟性分析 10
2.5沖裁方案的確定 10
第三章 排樣圖的設計及材料利用率的計算 12
3.1排樣的設計 12
3.2搭邊的選取 14
3.3材料利用率的計算 15
第四章 沖裁工藝力的計算 17
4.1沖裁力的計算 17
4.1.1沖壓力的行程曲線 17
4.1.2沖裁力的計算公式 18
4.1.3降低沖裁力的方法 18
4.2卸料力、推件力、和彎曲力等其他力的計算 19
4．3沖壓壓力中心 21
第五章 沖壓設備的選擇 24
5.1沖壓設備類型的選擇 24
5.2確定設備的規(guī)格 24
第六章 沖裁模工作部分設計計算 27
6.1沖裁間隙 27
6.1.1對沖裁件質量的影響 27
6.1.2 對模具壽命的影響 28
6.1.3 對沖裁力、卸料力的影響 29
6.2合理間隙的選用 30
6.3 模具刃口尺寸的計算 32
第七章 模具總體設計 39
7.1模具類型的選擇 39
7.2確定送料方式 39
7.3定位方式的選擇 39
7.4卸料、出件方式的選擇 39
7.5導向方式的選擇 39
第八章 主要零部件設計 41
8.1模具材料的選擇 41
8.1.1模具材料與熱處理 41
8.1.2 H62軟黃銅的性能 41
8.2落料凹模設計 42
8.2.1落料凹模刃口形式 42
8.2.2落料凹模外形和尺寸的確定 42
8.3凸、凹模設計 43
8.3.1模具的結構形式和固定方法 43
8.3.2凸凹模長度的確定 44
8.3.3凸凹模結構設計 44
8.4沖孔凸模 45
8.4.1沖孔凸模的固定形式 45
8.4.2沖孔凸模長度的確定 45
8.4.3凸模強度校核 45
8.4.4 沖孔凸模的結構 47
8.5卸料彈簧的選擇 47
8.6 打桿的選擇 48
8.7 活動彎曲凹模的設計 49
第九章 標準件的選擇 50
9.1模架及模柄的選擇 50
9.2凸模固定板及墊板的選擇 50
9.3 導尺的選擇 51
9.4模具閉合高度的校核 51
9.6推桿的選擇 52
9.7螺釘及銷釘的選擇 52
第十章 總裝圖的設計及繪制 54
結 論 55
參考文獻 56
致 謝 57
附 錄 58
59
第一章 緒 論
1.1、冷沖壓與模具設計簡介
我國沖壓模具無論在數量上，還是在質量、技術和能力等方面都已有了很大發(fā)展，但與國民經濟需求和世界先進水平相比，差距仍很大，一些大型、精密、復雜、長壽命的高檔模具每年仍大量進口，特別是中高檔轎車的覆蓋件模具，目前仍主要依靠進口。一些低檔次的簡單沖模，已趨供過于求，市場競爭激烈。
據中國模具工業(yè)協會發(fā)布的統計材料，2004年我國沖壓模具總產出約為220億元，其中出口0.75億美元，約合6.2億元。
??? 根據我國海關統計資料，2004年我國共進口沖壓模具5.61億美元，約合46.6億元。從上述數字可以得出2004年我國沖壓模具市場總規(guī)模約為266.6億元。其中國內市場總需求為260.4億元，總供應約為213.8億元，市場滿足率為82%。在上述供求總體情況中，有幾個具體情況必須說明：一是進口模具大部分是技術含量高的大型精密模具，而出口模具大部分是技術含量較低的中低檔模具，因此技術含量高的中高檔模具市場滿足率低于沖壓模具總體滿足率，這些模具的發(fā)展已滯后于沖壓件生產，而技術含量低的中低檔模具市場滿足率要高于沖壓模具市場總體滿足率；二是由于我國的模具價格要比國際市場低格低許多，具有一定的競爭力，因此其在國際市場的前景看好，2005年沖壓模具出口達到1.46億美元，比2004年增長94.7%就可說明這一點；三是近年來港資、臺資、外資企業(yè)在我國發(fā)展迅速，這些企業(yè)中大量的自產自用的沖壓模具無確切的統計資料，因此未能計入上述數字之中。
1.2、我國沖壓模具水平狀況
近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產單套重量達50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內也能生產了。精度達到1～2μm，壽命2億次左右的多工位級進模國內已有多家企業(yè)能夠生產。表面粗糙度達到Ra≦1.5μm的精沖模，大尺寸（Φ≧300mm）精沖模及中厚板精沖模國內也已達到相當高的水平。
??? 1.模具CAD/CAM技術狀況
??? 我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學院和武漢733廠于1984年共同完成的精沖模CAD/CAM系統是我國第一個自行開發(fā)的模具CAD/CAM系統。由華中工學院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統是我國自行開發(fā)的第一個沖裁模CAD/CAM系統。上海交通大學開發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統也于同年完成。20世紀90年代以來，國內汽車行業(yè)的模具設計制造中開始采用CAD/CAM技術。國家科委863計劃將東風汽車公司作為CIMS應用示范工廠，由華中理工大學作為技術依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋件模具CAD/CAPP/CAM集成系統于1996年初通過鑒定。
??? 在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進了工作站和CAD/CAM軟件系統，并在模具設計制造中實際應用，取得了顯著效益。1997年一汽引進了板料成型過程計算機模擬CAE軟件并開始用于生產。
??? 21世紀開始CAD/CAM技術逐漸普及，現在具有一定生產能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM技術。其中部分骨干重點企業(yè)還具備各CAE能力。
??? 模具CAD/CAM技術能顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產成本，提高產品質量，已成為人們的共識。在“八五”、“九五”期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計算機繪圖技術，數控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進了相當數量的CAD/CAM系統。如美國EDS的UG，美國ParametricTechnology公司的Pro/Engineer，美國CV公司的CADS5，英國DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E，以色列公司的Cimatron，還引進了AutoCAD、CATIA等軟件及法國Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國內汽車覆蓋件模具生產企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術。DL圖的設計和模具結構圖的設計均已實現二維CAD，多數企業(yè)已經向三維過渡，總圖生產逐步代替零件圖生產。且模具的參數化設計也開始走向少數模具廠家技術開發(fā)的領域。
??? 在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進的軟件外，華中科技大學、吉林大學、湖南大學等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產權的軟件，并已在生產實踐中得到成功應用，產生了良好的效益。
??? 快速原型(RP)與傳統的快速經濟模具相結合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點合金模具靠樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣件制作難等問題，實現了以三維CAD模型作為制模依據的快速模具制造，并且保證了制件的精度，為汽車行業(yè)新車型的開發(fā)、車身快速試制提供了覆蓋件制作的保證，它標志著RPM應用于汽車車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。
??? 圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也涌現出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產中應用的無模多點成型及激光沖擊和電磁成型等技術。它們都表現出了降低成本、提高效率等優(yōu)點。
??? 2.模具設計與制造能力狀況
??? 在國家產業(yè)政策的正確引導下，經過幾十年努力，現在我國沖壓模具的設計與制造能力已達到較高水平，包括信息工程和虛擬技術等許多現代設計制造技術已在很多模具企業(yè)得到應用。
??? 雖然如此，我國的沖壓模具設計制造能力與市場需要和國際先進水平相比仍有較大差距。這些主要表現在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模方面，無論在設計還是加工工藝和能力方面，都有較大差距。轎車覆蓋件模具，具有設計和制造難度大，質量和精度要求高的特點，可代表覆蓋件模具的水平。雖然在設計制造方法和手段方面已基本達到了國際水平，模具結構功能方面也接近國際水平，在轎車模具國產化進程中前進了一大步，但在制造質量、精度、制造周期等方面，與國外相比還存在一定的差距。
??? 標志沖模技術先進水平的多工位級進模和多功能模具，是我國重點發(fā)展的精密模具品種。有代表性的是集機電一體化的鐵芯精密自動閥片多功能模具，已基本達到國際水平。
?? 但總體上和國外多工位級進模相比，在制造精度、使用壽命、模具結構和功能上，仍存在一定差距。
??? 汽車覆蓋件模具制造技術正在不斷地提高和完善，高精度、高效益加工設備的使用越來越廣泛。高性能的五軸高速銑床和三軸的高速銑床的應用已越來越多。NC、DNC技術的應用越來越成熟，可以進行傾角加工和超精加工。這些都提高了模具型面加工精度，提高了模具的質量，縮短了模具的制造周期。
??? 模具表面強化技術也得到廣泛應用。工藝成熟、無污染、成本適中的離子滲氮技術越來越被認可，碳化物被覆處理（TD處理）及許多鍍（涂）層技術在沖壓模具上的應用日益增多。真空處理技術、實型鑄造技術、刃口堆焊技術等日趨成熟。激光切割和激光焊接技術也得到了應用。
??? 3.專業(yè)化程度及分布狀況
??? 我國模具行業(yè)專業(yè)化程度還比較低，模具自產自配比例過高。國外模具自產自配比例一般為30%，我國沖壓模具自產自配比例為60%。這就對專業(yè)化產生了很多不利影響?，F在，技術要求高、投入大的模具，其專業(yè)化程度較高，例如覆蓋件模具、多工位級進模和精沖模等。而一般沖模專業(yè)化程度就較低。由于自配比例高，所以沖壓模具生產能力的分布基本上跟隨沖壓件生產能力的分布。但是專業(yè)化程度較高的汽車覆蓋件模具和多工位、多功能精密沖模的專業(yè)生產企業(yè)的分布有不少并不跟隨沖壓件能力分布而分布，而往往取決于主要投資者的決策。例如四川有較大的汽車覆蓋件模具的能力，江蘇有較強的精密沖模的能力，而模具的用戶大都不在本地。
1.3、沖壓模具的發(fā)展重點與展望
??? 發(fā)展重點的選取應根據市場需求、發(fā)展趨勢和目前狀況來確定?？砂串a品重點、技術重點和其他重點分別敘述。
??? 1、沖壓模具產品發(fā)展重點。
??? 沖壓模具共有7小類，并有一些按其服務對象來稱呼的一些種類。目前急需發(fā)展的是汽車覆蓋件模具，多功能、多工位級進模和精沖模。這些模具現在產需矛盾大，發(fā)展前景好。
??? 汽車覆蓋件模具中發(fā)展重點是技術要求高的中高檔轎車大中型覆蓋件模具，尤其是外覆蓋件模具。高強度板和不等厚板的沖壓模具及大型多工位級進模、連續(xù)模今后將會有較快的發(fā)展。多功能、多工位級進模中發(fā)展重點是高精度、高效率和大型、高壽命的級進模。精沖模中發(fā)展重點是厚板精沖模大型精沖模，并不斷提高其精度。
??? 2、沖壓模具技術發(fā)展重點。
??? 模具技術未來發(fā)展趨勢主要是朝信息化、高速化生產與高精度化發(fā)展。因此從設計技術來說，發(fā)展重點在于大力推廣CAD/CAE/CAM技術的應用，并持續(xù)提高效率，特別是板材成型過程的計算機模擬分析技術。模具CAD、CAM技術應向宜人化、集成化、智能化和網絡化方向發(fā)展，并提高模具CAD、CAM系統專用化程度。
??? 為了提高CAD、CAE、CAM技術的應用水平，建立完整的模具資料庫及開發(fā)專家系統和提高軟件的實用性十分重要。從加工技術來說，發(fā)展重點在于高速加工和高精度加工。高速加工目前主要是發(fā)展高速銑削、高速研拋和高速電加工及快速制模技術。高精度加工目前主要是發(fā)展模具零件精度1μm以下和表面粗糙度Ra≦0.1μm的各種精密加工。提高模具標準化程度，搞好模具標準件生產供應也是沖壓模具技術發(fā)展重點之一。
??? 為了提高沖壓模具的壽命，模具表面的各種強化超硬處理等技術也是發(fā)展重點。
??? 對于模具數字化制造、系統集成、逆向工程、快速原型/模具制造及計算機輔助應用技術等方面形成全方位解決方案，提供模具開發(fā)與工程服務，全面提高企業(yè)水平和模具質量，這更是沖壓模具技術發(fā)展的重點。
??? 3、其他發(fā)展重點及展望。
??? 其他發(fā)展重點及展望的內涵十分豐富，這里只就管理、專業(yè)化與標準化及行業(yè)調整三個方面作一些分析。
??? 企業(yè)管理是一個系統工程，是一門學問，是科學技術。與工業(yè)發(fā)達國家模具企業(yè)相比，在某種意義上說，我們的管理落后更甚于技術落后。因此改進管理十分重要，且任務繁重，目前模具企業(yè)的管理有許多形式，各有其適應對象，但搞好信息化建設，逐步實現信息化管理已成為發(fā)展方向，行業(yè)也對此有共識。
??? 由于歷史和體制上的原因，我國模具專業(yè)化和標準化水平一直很低，其中沖壓模具的專業(yè)化比塑料模和壓鑄模更低。這在一定程度上妨礙了沖壓模具的發(fā)展，根據國內外模具專業(yè)化情況來看，專業(yè)化可以有多層意思：1）模具生產獨立于其他產品生產，專業(yè)生產模具外供；2）按模具種類劃分，專門從事某一類模具（如沖壓模具）生產；3）在某一類模具中，按其服務對象或模具工藝及尺寸大小，選取該類模具中的某種模具（例如汽車覆蓋件模具、多工位級進模具、精沖模具等等）進行專業(yè)化生產；4）專業(yè)生產模具中的某一些零件（如模架、沖頭、彈性元件等）供給模具生產企業(yè)；5）按工序開展專業(yè)化協作。例如目前社會上專門從事模具設計的公司、專門進行型腔加工或電加工協作的企業(yè)、專門接受測量或熱處理委托業(yè)務的企業(yè)及專業(yè)從事拋光業(yè)務的企業(yè)等等，這種多層次的專業(yè)化促進了模具行業(yè)的發(fā)展。但專業(yè)化的路途仍舊遙遠，必須加快進程才能適應形勢。因此，這也是發(fā)展重點。
??? 行業(yè)調整是一個十分繁重的任務，模具行業(yè)更是如此。模具行業(yè)面臨的調整任務主要有：
??? （1）模具企業(yè)組織結構的調整。使模具分廠（車間）獨立出來，成為面向社會、自負盈虧的獨立法人是調整的方向。模具企業(yè)按小而精、小而專、小而特的方向發(fā)展，并且在條件成熟情況下企業(yè)之間進行聯合，以及發(fā)展產、學、研和科、工、貿相結合的聯合體，也是調整的方向。規(guī)模效應也引起大家的重視。
??? （2）模具產品結構的調整。隨著汽車工業(yè)、電子信息工業(yè)和家電工業(yè)的發(fā)展，沖壓模具市場結構正在發(fā)生很大變化。與此相適應，沖壓模具產品結構必須進行相應的調整。例如汽車覆蓋件模具、汽車零件精沖模具、高精度高難度的引線框架沖模、接插件多工位級進模、各種電機定轉子級進沖模等，其產品種類和產量必將有很大發(fā)展，有關企業(yè)必須根據市場需求來調整其產品結構?？傮w來看，應不斷提高技術含量的大型、精密、復雜、長壽命模具的比例。
??? （3）模具技術結構的調整。21世紀已進入信息時代，信息時代的發(fā)展日新月異，模具行業(yè)和企業(yè)要發(fā)展必須把握時代脈搏，自覺主動地調整自已的技術結構。傳統的模具設計制造技術必須用先進適用的高新技術進行改造，模具的技術含量必將逐步而快速地提高，現代化工業(yè)企業(yè)管理技術也必將逐步替代作坊式的管理模式。模具行業(yè)和模具企業(yè)，只有不斷進行技術結構的調整，才能在瞬息萬變的市場經濟中立于不敗之地。
?? （4）模具進出口結構的調整。2005年，我國沖壓模具進口7.26億美元，出口1.97億美元，進出口相抵后凈進口5.29億美元，進出口之比3.7:1。我國的沖壓模具出口量只占生產量的5%。這樣的結構明顯不合理。模具工業(yè)發(fā)達國家，模具產出中一般都有30%左右的出口，出口模具大大多于進口模具。我們雖然不可能在短時間內達到模具工業(yè)發(fā)達國家一樣的進出口結構，但努力擴大出口，逐步改善結構，經過若干年努力，盡量做到進出口基本平衡，則應該是我們調整的目標。
在信息化帶動工業(yè)化發(fā)展的今天，在經濟全球化趨向日漸加速的情況下，我國沖壓模具必須盡快提高水平。通過改革與發(fā)展，采取各種有效措施，在沖壓模具行業(yè)全體職工的共同努力奮斗之下，我國沖壓模具也一定會不斷提高水平，逐漸縮小與世界先進水平的差距?！笆晃濉逼陂g，在科學發(fā)展觀指導下，不斷提高自主開發(fā)能力、重視創(chuàng)新、堅持改革開放、走新型工業(yè)化道路，將速度效益型的增長模式逐步轉變到質量和水平效益型軌道上來，我國的沖壓模具的水平也必然會更上一層樓。
1.4、本次設計的意義
這次畢業(yè)設計，是對我四年大學學習效果的有效檢驗方式。通過這次設計，能把課本上的知識和現實生產工作有機結合在一起，對即將走上社會工作的我們是一個很好的鍛煉。在設計過程中，要查閱大量的資料，和老師、同學做良好的溝通，這也能培養(yǎng)我細心的習慣和團隊合作精神，這對我以后的工作、生活是有很大幫助的。
第二章 沖壓件工藝性分析及沖裁方案的確定
沖裁件的工藝性，是指沖裁件對沖裁工藝的適應性,即沖裁件的形狀結構、尺寸大小、尺寸偏差、形位公差與尺寸基準等是否符合沖裁工藝的要求。沖裁件的工藝性對沖裁工件的質量、材料利用率、生產率、模具制造難易、模具壽命、操作方式及沖壓設備的選用等都有很大的影響。一般情況下，對沖裁件工藝性影響最大是幾何形狀、尺寸、精度要求。良好的沖裁件工藝性能滿足材料省、工序少、產品質量穩(wěn)定、模具較易加工、操作方便且壽命較高等要求，從而顯著降低沖裁件的制造成本。
2.1沖裁件的結構工藝性
沖裁材料為H62軟黃銅。
板厚：d=0.5mm
圖1
特性及適用范圍為：有極為良好的塑性(是黃銅中最佳者)和較高的強度,可切削加工性能好，易焊接，對一般腐蝕非常安定,但易產生腐蝕開裂。為普通黃銅中應用最為廣泛的一個品種；
力學性能為：抗剪強度 t=235MPa
抗拉強度 бb=294MPa
屈服強度 бs=98MPa
伸長率 δ10(%)=40
熱處理規(guī)范：熱加工溫度750～830℃;退火溫度520～650℃;消除內應力的低溫退火溫度260～270℃。
沖裁件的結構形狀應盡可能簡單、對稱、避免復雜形狀的曲線，在許可的情況下，把沖裁件設計成少、無廢料排樣的形狀，以減少廢料，矩形孔兩端宜用圓弧連接，以利于模具加工。該工件結構簡單，也無復雜形狀的曲線。
沖裁件各直線或曲線的連接處，盡量避免銳角，嚴禁尖角如圖2。除在少、無廢料排樣或采用鑲拼模結構時，都應有適當的圓角相連，以利于模具制造和提高模具壽命。該工件直線連接處是直角，并非圓角。故在此擬采用鑲拼模結構，以利于模具制造和提高壽命。
沖裁件的孔徑因受沖孔凸模和剛度的限制，不宜太小，否則容易折斷和壓彎，沖孔的最小尺寸取決于沖壓材料的力學性能，凸模強度和模具結構。該沖裁件的孔徑d=2.6mm≥1.5t=1.5×0.5=0.75mm，查文獻：姜奎華主編《沖壓工藝與模具設計》P75表2-18，用無保護套凸模沖孔。
沖孔件上孔與孔、孔與邊緣間的距離不能過小，以避免工件變形、模壁過薄或材料易被拉入凹模而影響模具壽命。一般孔邊距取：對圓孔為（1～1.5）t。對矩形孔為（1.5～2）t，如圖3。該工件所需沖的4個孔中上面2孔的孔邊距為1.9mm，大于（1～1.5）t=1.2～1.8mm，下面兩孔的空邊距為2.4mm，同樣大于1.2～1.8mm。上面一對孔的孔間距為42.5mm，遠大于文獻《沖壓工藝與模具設計》P76表2.20提供的最小孔間距3.1t=3.1×1.2=3.72mm，下面一對孔的孔間距為31mm，也滿足條件。
圖3最小孔邊距離的確定
表1 最小孔間距
孔 形
圓 孔
方 孔
厚料t（mm）
<1.55
>1.55
<2.3
>2.3
最小孔距（mm）
3.1t
2t
4.6t
2t
在彎曲件或拉深件上沖孔時，為避免凸模受水平推力而折斷，孔壁與工件直壁之間應保持一定距離，如圖2-3示使L≥R+0.5t。
a) 彎曲件 b) 拉深件
圖4 彎曲件或拉深件沖孔位置
2.2沖裁件尺寸精度和表面粗糙度要求
沖裁件的精度要求，應在經濟精度的范圍內，對于普通沖裁件，其經濟精度不高于IT11級，沖孔件比落料件高一級。沖裁外形與內孔尺寸工差有一定的要求。查文獻姜奎華主編《沖壓工藝與模具設計》P76表2-21：落料外形公差為0.08mm，內孔公差為0.05mm，該工件并無外形和內孔公差，故普通沖裁應該能滿足要求。另外，沖裁件的斷面的表面粗糙度和容許的毛刺高度都沒有具體要求。 圖5 沖裁件的尺寸標注
2.3沖裁件的尺寸基準
沖裁件的尺寸基準應盡可能和制模具時的定位基準重合，以避免產生基準不重合誤差?？孜怀叽缁鶞蕬M量選擇在沖裁過程中始終不參加變形的面上，切不要與參加變形的部位聯系起來。如圖2-4，a)圖孔心距尺寸標注不合理，圖b)的標注，兩孔的孔心距才不會受磨損的影響，比較合理。本次設計的工件圖標注符合這點要求，所以尺寸基準合理。
2.4 沖裁件經濟性分析
所謂經濟性，就是以盡可能少的生產消費獲得盡可能大的經濟效益，在進行沖壓工藝設計時，應該運用經濟分析的方法找到降低成本，取得優(yōu)異經濟效果的工藝途徑。沖裁件的制造成本 C總＝Ｃ材＋Ｃ工＋Ｃ模
式中 C材：材料費；C工∶加工費(工人工資、設備折舊費、管理費等 )；C模：模具費。上述成本中，模具費、設備折舊費一般與產量無關，加工費中的工人工資和其它經費只要在一定時間內，基本上也是不變的，因此，叫做固定費用。 而材料費、外購件費等，將隨生產量大小而變化，屬可變費用 .
本設計所用的工件材料是H62軟黃銅,屬于常見材料,價格便宜。由此，可變費用將得到有效降低。
結論：材料經濟性比較好。
2.5沖裁方案的確定
工藝方案的內容是確定沖裁件的工藝路線，主要包括確定工序數、工序的組合和工序的順序安排等，應在工藝分析的基礎上制定幾種可能的方案，再根據工件的批量、形狀、尺寸等多方面的因素，全面考慮、綜合分析，選取一個較為合理的方案。
沖裁工序按工序的組合程度可分為單工序沖裁、復合沖裁和級進沖裁。
復合沖裁是在壓力機的一次行程中，在模具的同一位置同時完成兩個或兩個以上的工序；級進沖裁是把一個沖裁件的幾個工序，排列成一定順序，組成級進模，在壓力機的一次行程中，模具的不同位置同時完成兩個或兩個以上的工序，除最初幾次沖程外，每次沖程都可完成一個沖裁件。該工件包括沖孔、落料、彎曲三個基本工序，可以有以下三種工藝方案：
方案一：先沖孔，再落料，最后彎曲。采用單工序模生產。
方案二：沖孔-落料-彎曲復合沖壓。采用復合模生產。
方案三：沖孔-落料-彎曲級進沖壓。采用級進模生產。
方案一結構簡單，但需三道工序、三副模具才能完成，生產效率也低，如此則浪費了人力、物力、財力，從經濟性的角度來考慮不妥當，難以滿足大批量的生產要求。
方案三是一種多工位、效率高的加工方法，但級進模輪廓尺寸較大，制造復雜，成本較高，一般適用于大批量、小型沖壓件。而且工作周期長，模具結構復雜，生產成本過高。
方案二采用復合模具生產，只需一副模具即可成型，模具結構緊湊，沖出的制件的精度及生產效率都比較高，適合大批量生產。制件質量由于壓料沖裁同時得到校平，制件平正不彎曲，且有較好的剪切斷面。沖裁件內孔和外緣的相對位置精度容易保證，而且板料的定位精度要求比級進模低。沖裁薄材小型彎曲件，模具制造工作量和成本比級進模低。
通過上述三種方案的分析比較，該工件的沖壓生產采用方案二為佳。
第三章 排樣圖的設計及材料利用率的計算
3.1排樣的設計
沖裁件在板、條等材料上的布置方法稱為排樣。排樣的合理與否，影響到材料的經濟利用率，還會影響到模具結構、生產率、制件質量、生產操作方便與安全等，因此，排樣是沖裁工藝與模具設計中一項很重要的工作。
沖壓件大批量生產成本中，毛坯材料費用占60%以上，排樣的目的就在于合理利用原材料。衡量排樣經濟性、合理性的指標是材料利用率。要提高材料利用率，就必須減少廢料面積，沖裁過程中所產生的廢料，可分為兩種情況。（如圖6所示）
1． 結構廢料 由于工件結構形狀的需要，如工件內孔的存在而產生的廢料稱為結構廢料，它取決于工件的形狀，一般不能夠改變。
2． 工藝廢料 工件之間和工件與條料邊緣之間存在的搭邊，定位需要切去的料邊與定位孔，不可避免的料頭和料尾廢料稱為工藝廢料，它決定沖壓方式和排樣方式。
因此，提高材料利用率要從減少工藝廢料著手，同一個工件，可以有幾種不同的排樣方法。
根據材料的利用情況，排樣的方法可以有三種：
（一）有廢料排樣
沿工件的全部外形沖裁，工件與工件之間，工件與條料側邊之間都有工藝余料（搭邊）存在，沖裁后搭邊成為廢料，如圖7 a所示。
（二）少廢料排樣
沿工件的部分外形輪廓切斷或沖裁，只在工件之間或是工件與條料側邊之間有搭邊存在，如圖7 b所示。
（三）無廢料排樣
工件與工件之間。工件與條料側邊之間均無搭邊存在，條料沿直線或曲線切斷而得工件。如圖7 c所示。
圖7 排樣方法
a) 有廢料排樣 b) 少廢料排樣 c)無廢料排樣
有廢料的排樣法材料利用率較低，但制件的質量和沖模壽命較高，常用于工件形狀復雜、尺寸精度要求較高的排樣。
少、無廢料排樣法的材料利用率較高，在無廢料排樣時只有料頭、料尾損失，材料利用率可達85%～95%，少廢料排樣法也可達70%～90%。少、無廢料排樣法有利于一次沖裁多個工件，可以提高生產率。由于這種排樣法沖切周邊減少，所以還可以簡化模具結構，降低沖裁力。但是，少、無廢料排樣的應用范圍有一定的局限性，受到工件形狀結構的限制，且由于條料本身的寬度公差，條料導向與定位所產生的誤差，會直接影響工件尺寸而使工件的精度降低。在幾個工件的匯合點容易產生毛刺。由于采用單邊剪切，也會加快模具磨損而降低沖模壽命，并直接影響工件的斷面質量，所以少、無廢料排樣常用于精度要求不高的工件排樣。
有廢料、少廢料或無廢料排樣。按工件的外形特征、排樣的形式又可分為直排、斜排、對排、混合排、多排和裁搭邊等。
對于簡單形狀的工件，可以用就算方法選擇合理的排樣方式，而對于形狀復雜的工件要作出正確判斷則比較困難，通常用放樣的方法，即用厚紙片剪3～5個樣件，擺出各種可能的排樣方案，從中選擇一個比較合理的方案。
合理的排樣方法，應是將工藝廢料減到最少?？紤]到該工件的外形特征和材料的利用情況，此采用有廢料直排的排樣方式，如圖8所示：
圖8沖裁件的排樣
3.2搭邊的選取
排樣中相鄰兩工件之間的余料或工件與條料邊緣間的余料稱為搭邊。其作用是補償定位誤差，防止由于條料的寬度誤差、送料步距誤差、送料歪誤差等原因而沖裁出殘缺的廢品。此外，還應保持條料有一定的強度和剛度，保證送料順利進行，從而提高制件質量，使凸、凹模刃口沿整個封閉輪廓線沖裁，使受力平衡，提高模具壽命和工件的斷面質量。搭邊值的選取關系到送料的順利進行、制件的質量、材料的利用率、模具壽命。
搭邊值要合理確定。搭邊值過大，材料利用率低。搭邊值小，材料利用率雖高，但過小就不能發(fā)揮搭邊的作用，在沖裁過程中會被拉斷，造成送料困難，使工件產生毛刺，有時還會被拉入凸模和凹模間隙，損壞模具刃口，降低模具壽命。搭邊值過小，會使作用在凸模側面上的法向應力沿著落料毛坯周長的分布不均勻，引起模具刃口的磨損。
影響搭邊值大小的因素主要有：
1．材料的力學性能 塑性好的材料，搭邊值要大一些，硬度高與強度大的材料，搭邊值可小一些。
2．材料的厚度 材料越厚，搭邊值也越大。
3．工件的形狀和尺寸 工件的外形越復雜，圓角半徑越小，搭邊值越大。
4．排樣的形式 對排的搭邊值大于直排的搭邊。
5．送料及當料方式 用手工送料，有側壓板的搭邊值可小一些。
搭邊值一般由經驗確定，根據工件寬和材料厚度，由文獻《沖壓工藝與模具設計》P72表2-13，選工件間搭邊值a=1.2mm,側面搭邊a1=1.5mm。
考慮到工件形狀的特殊性，此工件在生產的過程中送料時將使用導料板，如圖7：
圖7 無側壓裝置條料寬度的確定
條料與導料板之間的間隙△=0.6mm,條料寬度
=16.8-0.6mm?！?1
△——條料寬度的公差，見文獻《沖壓工藝與模具設計》 P73表2-14；△=0.4
C1——條料與導板間的間隙，見文獻《沖壓工藝與模具設計》 P73表2-15；C1=0.5mm.
3.3材料利用率的計算
沖裁件的面積：
因為該工件有彎曲部分，在算展開圖周邊尺寸前，應先算彎曲部分長度。中性層半徑示意圖圖9。
圖9 彎曲部分中性層示意圖 圖10工件落料尺寸
按《模具設計與制造簡明手冊》表1-81，由于r>0.5t，則中性層半徑為：
R=R+kt
式中：r—中性層半徑（mm）
R—彎曲內半徑 R=1.4mm
k—中性層位置因素，由表1-81附表1查得，k=0.464
t—材料厚度 t=0.5mm
則中性層半徑為 r=1.4+0.464×0.5=1.632mm
彎曲部分展開長度L為半圓周長加直線部分長度，即：
L=3.14×1.632+2×（4-0.5-1.632）=9.16mm≈9mm
則該工件的沖裁面積A為：
A=9×4＋3.14×3.25×3.25＋2.8×2-3.14×1.3×1.3=69.78 mm2≈70 mm2
進距h=L+a=9+1.2=10.2mm
一個步距的材料利用率h為
h==[70/（10.2×16.8）×100%≈40.8%..................2
式中 A——沖裁件面積（包括沖出的小孔在內）（mm2）；
N——一個布距內沖裁件數目；
B——條料寬度（mm）；
h——進距（mm）；
查板材標準，宜選400mm×1000mm的銅板，每張可剪裁（16.8mm×1000mm）23張條料，每張條料可以沖裁98個工件。
故每張銅板的材料利用率為：
h總=[（98×70.10×23）/（400×1000）]×100%=39.4% …………………3
第四章 沖裁工藝力的計算
4.1沖裁力的計算
沖裁力計算包括沖裁力、卸料力、推件力、頂件力的計算。
沖裁力是凸模與凹模相對運動使工件與板料分離的力，其大小主要與材料力學性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長度等參數有關。沖裁力是設計模具、選擇壓力機的重要參數。計算沖裁力的目的是為了合理的選用沖壓設備和設計模具。選用沖壓設備的標稱壓力必須大于所計算的沖裁力，所設計的模具必須能傳遞和承受所計算的沖裁力，以適應沖裁的要求。
4.1.1沖壓力的行程曲線
圖11沖裁力-凸模行程曲線
在沖裁過程中，沖裁力的大小是不段變化的，圖11為沖裁時沖裁力-凸模行程曲線。圖中AB段相當于沖裁的彈性階段，凸模進入材料后，載荷急劇上升，但當凸模刃口一旦擠入材料，即進入塑性變形階段，載荷的上升就緩慢下來，如BC段所示。雖然由于凸模擠入材料使承受沖裁力的材料面積秒減小，但只要材料加工硬化的影響超過受剪切面積小的影響，沖裁力就繼續(xù)上升，當兩者達到相當的影響的瞬間，沖裁力達最大值，即圖中C點。此后，受剪面積的減少超過硬化的影響，于是沖裁力下降。凸模再繼續(xù)下壓，材料內部產生裂紋并迅速擴張，沖裁力急劇下降，如圖中CD段所示，此為沖裁的斷裂階段。此后所用的力僅是克服摩擦阻力,推出已分離的料。
4.1.2沖裁力的計算公式
沖裁力的大小主要與材料力學性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長度有關?？紤]到成本和沖裁件的質量要求，此用平刃口模具沖裁，沖裁力F（N）：
F=KLtτ 見文獻《沖壓工藝與模具設計》P50式（2-1）
式中 L——沖裁件周邊長度（mm）；
t——材料厚度（mm）；
τ——材料抗剪強度（MPa）；
K——系數?？紤]到模具刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取系數K=1.3。
沖裁件周邊長度L=9×4-2.8+2.8×2+2×3.14×1.3+2×3.14×3.25-2.8=64.57mm
材料的抗剪強度（MPa）查文獻《沖模設計與制造實用計算手冊》表P4-3：取τ=235MPa
σb=294MP
F=Ltσb=64.57×0.5×294=9491.79N……………………………………………4
式中σb——材料的抗拉強度（MPa）。
4.1.3降低沖裁力的方法
在沖裁高強度材料或厚度大、周邊長時，所需的沖裁力較大。如果超過現有壓力機噸位，就有必須采取措施降低沖裁力，主要有以下幾種方法：
（一）階梯凸模沖裁
在多凸模沖裁模具中，為避免各凸模沖裁力的最大值同時出現，可根據凸模尺寸的大小，做成不同高度，形成階梯布置，從而減少沖裁力。這種模具的缺點是長凸模插入凹模較深，容易磨損，修磨刃口也比較麻煩。
（二）斜刃口沖裁
在用平刃口模具沖裁時，整個刃口同時與沖裁件周邊接觸，同時切斷，所需沖裁力大。若采用斜刃口模具沖裁，也就是將凸模（或凹模）刃口做成有一定斜度的斜刃，沖裁時刃口就不是同時切入，而是逐步切入材料，逐步切斷，這樣，所需的沖裁力可以減小，并能減小沖擊、振動和噪聲，對于大型沖壓件，斜刃沖裁用的比較廣泛。
斜刃沖裁降低了沖裁力，使壓力機性能在比較柔和、平穩(wěn)的條件下工作。但模具制造與修磨比較復雜，增加了困難，刃口容易磨損，工件不夠平整，一般只用于大型工件沖裁及厚板沖裁。
除上述兩種方法外，將材料加熱沖裁也是一種行之有效的降低沖裁力的方法，因為材料在加熱狀態(tài)的抗剪強度有明顯下降。但材料加熱后產生氧化皮，且因為要加熱，勞動條件差。另外，在保證沖裁件斷面質量的前提下，也可適當增大沖裁間隙等方法來降低沖裁力。
4.2卸料力、推件力、和彎曲力等其他力的計算
當沖裁完成后，由于沖裁中材料的彈性變形及摩擦的存在，在板材上沖裁出的廢料（或工件）孔徑沿徑向發(fā)生彈性收縮，會箍在凸模上。而沖裁下來的工件或（廢料）徑向會擴張， 因此會卡在凹模內，為了使沖裁過程連續(xù)，操作方便，就需要把套在凸模上的材料卸下，把卡在凹?？變鹊墓ぜ驈U料推出。
從凸模上將零件或廢料卸下來的力稱卸料力，順著沖裁方向將零件或廢料從凹模腔推出的力稱推件力，逆著沖裁方向將零件或廢料從凹模腔內頂出的力稱。
卸料力、推件力、頂件力是由壓力機和模具的卸料、頂件裝置獲得的。影響這些力的因素主要有材料的力學性能、材料厚度、模具間隙、凸、凹模表面粗糙度、零件形狀和尺寸以及潤滑情況等。在此用經驗公式計算：
卸料力、推件力、頂件力系數查表2。
表2 卸料力、推件力和頂件力系數
料厚（mm）
K卸
K推
K頂
鋁 鋁合金
紫銅 黃銅
0.025～0.08
0.02～0.06
0.03～0.07
0.03～0.09
注：卸料力系數K卸在沖多孔、大搭邊和輪廓復雜時取上限值。
沖裁時，所需沖壓力為沖裁力、卸料力和推件力之和，這些力在選擇壓力機時是否要考慮進去，應根據不同的模具結構區(qū)別對待。
采用剛性卸料裝置和下出料的沖裁模的總壓力為
采用彈性卸料裝置和下出料的總壓力為
采用彈性卸料裝置和上出料方式的的總壓力為
卸料力：=9491.79×0.05=474.5895N………………………………5
（1）沖孔力：=2×3.14×1.3×0.5×294=1200.108N
（2）推件力：凹?？卓谥北诟叨?
查《沖壓模具簡明設計手冊》表2.40得；材料厚度為t=0.5mm
則工件數目為n=h/t=10
=0.06×10×1200.108=720.0648N…………………………6
（3）彎曲力：板料彎曲時變形區(qū)內的切向應力在內層為壓()外層為拉()，形成的彎矩為
……………………………………………7
代入式(3—2b)，可計算M。對于無加工硬化的板料純彎曲（相當與）
…………………………………………………8
作用于毛坯上的外載所形成的彎矩應等于M。如圖
所示，在V形件彎曲時
…………………9
不難看出，彎曲力的數值與毛坯尺
寸(B，t)、材料力學性能、凹摸支點間
等因素有關，同時還與彎曲形式和模
具結構等多種因康有關。因此，生產中
通常采用經驗公式來計算
…………………………10
C—與彎曲形式有關的系數,對于V形件C取0.6； 圖12 單角彎曲力的計算
對于U形件C取0.7；
K——安裝系數，一般取1,3；
B一一料寬(mm)‘
t——料厚；
r一—彎曲半徑(mm)，
——材料強度極限(MPa)。
則 ==322.46N…………………………11
（4）壓料力：
=（30%～80%）×=60%×322.46=193.47N…………………………………12
則加工該工件總共所需要的力為：
=9491.79+474.5895+1200.108+720.0648+322.46+193.47=12402.4823N≈12.50KN
…………………………………………………………………………………………13
4．3沖壓壓力中心
沖裁時的合力作用或多工序模各工序沖壓力的合力作用點，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與滑塊的壓力中心不一致，沖壓時會產生偏載，導致模具以及滑塊與導軌的急劇磨損，降低模具壽命和壓力機的使用壽命。
計算壓力中心時，先畫出凹模型口圖，如圖4-2所示。，將xoy坐標系建立在圖示的對稱中心上，因為該工件輪廓是軸對稱圖形，在計算壓力中心時，只需要計算如圖x軸方向的值即可。將沖裁輪廓線按集合圖形分解為共段基本線段，用解析法求得該模具的壓力中心C點的坐標（7.83，0）。若選用J23-3.15壓力機，模柄孔Φ25，C點仍在壓力機模柄孔投影面積范圍內，滿足要求。有關計算如表3。
圖12 壓力中心的計算
表3
基本要素長度L/mm
基本要素壓力中心坐標值X
L1=6.5
X1=3.25
L2=4.7
X2=7
L3=3.1
X3=8.5
L4=4
X4=10.5
L5=9
X5=12.5
L6=4
X6=10.5
L7=3.1
X7=8.5
L8=4.7
X8=7
L9=6.5
X9=3.25
其計算公式如下：
=7.83………………………………………………14
式中 x1、x2……xn——各圖形沖裁力的x軸坐標（mm）；
、……——各圖形沖裁周邊長度（mm）。
第五章 沖壓設備的選擇
5.1沖壓設備類型的選擇
根據所要完成的沖壓工藝的性質、生產批量的大小、沖壓件的幾何尺寸和精度要求來選定設備類型。
開式曲柄壓力機雖然剛度差，降低了模具壽命。但是它成本低，且有三個方向可以操作的優(yōu)點廣泛適用于中小型沖裁件、彎曲件或拉深件的生產中。
閉式曲柄壓力機剛度好、精度高，只能兩個方向操作，適用于大型復雜沖壓件的生產。
雙動曲柄壓力機有兩個滑塊，壓邊可靠易調，適用于較復雜的大中型拉深件的生產。
高速壓力機或多工位自動壓力機適用于大批量生產。
液壓機沒有固定的工作行程，不會因板厚超差而過載，全行程中壓力恒定，但是壓力機的速度低、生產效率低。適用于小批量，尤其是大型厚板沖壓件的生產。
摩擦壓力機結構簡單、造價低、不易發(fā)生超負荷損壞。在小批量生產中用來完成彎曲、成型等沖壓工作。
肘桿式精壓機剛度大、滑塊行程小，在行程末端停留時間長，適用于校平、校正和整形等類沖壓工序。
考慮到以上的因素，選用開式曲柄壓力機比較合適。
5.2確定設備的規(guī)格
（1）壓力機的行程大小，應該能保證成型零件的取出和毛坯的放進，例如拉深所用的壓力機行程，至少應大于成型零件高度兩倍以上。
（2）壓力機工作臺面的尺寸應大于沖模平面尺寸，且還需留有安裝固定的余地，但過大的工作臺面上安裝小尺寸的沖模，工作臺的受力條件也是不利的。
（3）所選壓力機的閉合高度應與沖模閉合高度相適應。
模具的閉合高度H0是指上模在最低工作位置時，下模板的底面到上模板的頂面的距離，如圖13。
壓力機的閉合高度H是指滑塊在下死點時，工作臺面到滑塊下端面的距離。大多數壓力機，其連桿長度能調節(jié)，也即壓力機的閉合高度可以調整，故壓力機有最大的閉合高度,最小閉合高度。
圖13 壓力機與模具的閉合高度
設計模具時，模具的閉合高度的數值應該滿足下式
……………………………………………15
無特殊情況H0應取上限值，即最好取在：，這是為了避免連桿調節(jié)過長，螺紋接觸面積小而壓壞。如果模具閉合高度實在太小，可以在壓床下面加墊板。如上圖13所示。
（4）沖壓力與壓力機能的配合關系：當進行沖裁等沖壓加工時，由于其施力行程較小，近于板材的厚度，所以可按沖壓過程中作用于壓力機滑塊上所有力的總和F總選取壓力機。通常取壓力機的名義噸位比F總大20%30%。當拉深行程較大，特別是采用落料拉深復合沖壓時，不能簡單地將落料力和拉深力疊加去選擇壓力機。
因為曲柄壓力機的標稱壓力上指滑塊下死點（或接
近下死點）時發(fā)生的。因此，應該注意曲柄壓力機
的允許壓力曲線。否則，很可能會由于過早地出現
最大沖壓力而使壓力機超載損壞。見圖14。
由于復合模的特點，為防止設備超載，可按
公稱壓力F壓≥（1.6～1.8）F總
選擇壓力機?？紤]到制件的精度要求，
按參考文獻《模具設計與制造簡明手冊》 圖14 壓力曲線
P37表1-68初選J23-3.15壓力機，其主要技術參數如下：
公稱壓力：